Utilisation d'interrupteurs de proximité avec votre actionneur linéaire

Interrupteurs de proximité

Les interrupteurs de proximité, ou capteurs, sont des interrupteurs sans contact capables de détecter la présence d'un objet à proximité. Ces capteurs peuvent être utilisés pour indiquer à un actionneur linéaire de se déplacer ou de s'arrêter lorsqu'un objet est positionné devant le capteur ou si un objet est enlevé. Ils peuvent également être utilisés pour déterminer à quelle distance se trouve l'objet le plus proche d'eux et peuvent être utilisés pour fournir une rétroaction pour contrôler l'actionneur linéaire. Généralement, vous verrez des capteurs de proximité utilisés avec des appareils mains libres ou sans contact, comme dans les sèche-mains sans contact et les hayons électriques mains libres des SUV, mais sont également utilisés dans un large éventail d'applications industrielles. A utiliser avec actionneurs linéaires, les capteurs de proximité peuvent être utilisés dans diverses situations, y compris la commande sans contact et le retour de détection d'objet.

Les capteurs de proximité détectent généralement la présence d'un objet en utilisant soit le champ électromagnétique, la lumière ou le son [1]. La méthode par laquelle votre actionneur linéaire détecte la présence d'un objet dépendra du type de capteur de proximité. Il existe quatre types courants de capteurs de proximité:

  • Inductif: Utilise un champ magnétique pour détecter les matériaux ferreux
  • Capacitif: Utilise les changements de capacité pour détecter un objet 
  • Photo-électrique: Utilise la lumière pour détecter si un objet est présent
  • Ultrasonique: Utilise le son pour détecter si un objet est présent 

Votre choix de type dépendra de votre application et du matériel que vous souhaitez détecter [1]. Vous aurez également une foule d'autres spécifications dont vous devrez tenir compte lors du choix du bon capteur de proximité, qui comprend la plage de détection, le temps de réponse, la fréquence de commutation, la température de fonctionnement et le signal de sortie. Pour choisir le bon capteur de proximité, vous devez tenir compte des besoins de votre application, du type de capteur, des spécifications ci-dessus et consulter la fiche technique du capteur pour plus d'informations.

Capteur de proximité capacitif

Quelle est la différence entre les capteurs de proximité et les détecteurs de mouvement?

Les capteurs de proximité ne sont pas des détecteurs de mouvement car ils détectent la proximité d'un objet plutôt que le mouvement. Détecteurs de mouvement, comme leur nom l'indique, sentent le mouvement plutôt que la proximité d'un objet ou d'une personne. Fonctionnellement, un capteur de proximité pourra vous dire à quel point un objet est proche du capteur, que l'objet soit en mouvement ou non. Les détecteurs de mouvement ne se déclenchent que lorsqu'il y a un mouvement, quelle que soit la proximité d'un objet.

Détecteur de mouvement

Contrôle sans contact

Pour un contrôle sans contact, vous utiliserez le capteur de proximité comme un simple bouton poussoir. Pour ce faire, vous voudrez choisir un capteur de proximité qui a une portée de détection plus courte, afin de ne pas déclencher accidentellement le commutateur, et un capteur qui détectera votre main, votre pied ou tout ce que vous essayez de détecter. Une bonne option pour cela est un capteur de proximité capacitif car ils ont une plage de détection courte et peuvent détecter une large gamme de matériaux, mais les capteurs de proximité ultrasoniques et certains capteurs de proximité photoélectriques fonctionneront également tant qu'ils ont une plage de détection plus courte [1]. Vous devrez connecter le capteur de proximité à un microcontrôleur, comme un Arduino, pour lire la sortie du capteur. La façon dont vous connectez votre capteur de proximité à votre microcontrôleur dépendra de votre choix de capteur, mais dans la plupart des cas, votre microcontrôleur recevra une valeur analogique convertie numérique ou devra convertir un signal analogique en une valeur numérique.

Le capteur de proximité n'agira que comme un seul bouton poussoir dans cette application, ce qui limitera notre contrôle sur l'actionneur linéaire. En utilisant notre microcontrôleur, nous pouvons écrire du code pour basculer entre l'extension et la rétraction lorsque le capteur est déclenché et en utilisant les interrupteurs de fin de course internes de l'actionneur linéaire pour arrêter l'actionneur lorsqu'il atteint la position complètement déployée ou rétractée. Nous pouvons également utiliser une rétroaction interne ou des interrupteurs de fin de course externes qui nous permettraient d'utiliser d'autres positions plutôt que complètement déployées ou rétractées, même si nous serons toujours limités à deux positions. Pour ce faire dans le firmware de notre microcontrôleur, nous devrons basculer une variable d'indicateur à chaque fois que le capteur de proximité est déclenché. L'exemple de code ci-dessous montre la boucle principale d'un code IDE Arduino à l'aide du drapeau sensorFlag pour déterminer dans quelle direction entraîner l'actionneur linéaire, qui est conduit par un conducteur de moteur.

Pour basculer cet indicateur, nous devons lire la valeur du capteur de proximité. Comme nous ne savons pas quand le capteur sera déclenché, nous devrons soit lire constamment le capteur dans la boucle principale de notre code, soit nous pouvons utiliser des interruptions de minuterie internes pour lire le capteur périodiquement. Cette dernière est considérée comme la meilleure pratique, en particulier si vous souhaitez utiliser votre microcontrôleur pour effectuer des tâches parallèles, car elle garantit que votre capteur sera toujours lu sur la période exacte. L'exemple de code ci-dessous, qui utilise un Arduino, montre comment configurer une interruption de minuterie interne qui est déclenchée toutes les secondes. Pour l'Arduino, c'est un peu plus complexe que les interruptions externes et vous devrez peut-être en faire lecture supplémentaire pour savoir comment configurer votre interruption pour votre application.

La fonction SINGAL, dans le code ci-dessus, est la routine de service d'interruption pour l'interruption du minuteur, qui s'exécute chaque fois que l'interruption est déclenchée, met à jour la valeur du capteur de proximité toutes les secondes. Si la valeur lue par le capteur est inférieure à notre valeur de seuil, nous considérons les capteurs «enfoncés» et basculons le sensorFlag. Vous devrez déterminer au préalable cette valeur de seuil en testant votre capteur et en déterminant une valeur de sortie que vous souhaitez considérer comme «enfoncée». Pour limiter le basculement du sensorFlag à une seule fois lorsque le capteur est «enfoncé», il existe un autre indicateur qui n'est pas réinitialisé tant que la valeur du capteur n'est plus inférieure à la valeur seuil.

Détection d'obstacles

Des capteurs de proximité peuvent également être utilisés pour mesurer la distance de l'objet le plus proche devant eux. Cela peut être particulièrement utile dans les applications avec des actionneurs linéaires pour détecter les obstacles devant l'actionneur et renvoyer un retour au contrôleur pour arrêter l'actionneur s'il s'approche trop d'un objet, comme dans la vidéo ci-dessous. Pour utiliser un capteur de proximité de la même manière, vous devez choisir un capteur de proximité doté d'une plus grande plage de détection et capable de détecter différents types de matériaux. Les capteurs à ultrasons sont un bon choix pour cela car ils peuvent avoir un large champ de détection, bien que vous deviez faire attention aux angles morts du capteur.

La configuration du capteur de proximité pour cette application est assez similaire à la commande sans contact. Vous devrez toujours lire la sortie du capteur à l'aide d'un microcontrôleur et vous voudrez à nouveau utiliser une interruption de minuterie interne pour lire périodiquement les valeurs du capteur. Cependant, le capteur sera maintenant positionné devant l'actionneur pour détecter les obstacles devant lui. La sortie du capteur sera liée à la distance de l'objet le plus proche devant le capteur, ce qui signifie que nous pouvons déterminer une valeur de seuil basée sur la distance de sécurité minimale. Cette valeur de seuil variera en fonction du capteur sélectionné. Dans l'exemple de code ci-dessous, la fonction SIGNAL, qui est la routine de service d'interruption, est préformée toutes les millisecondes et mesure la sortie de notre capteur et la compare à notre valeur de seuil. Si la valeur mesurée est inférieure à la valeur seuil, le drapeau sensorFlag est mis à 1 et est utilisé dans la boucle principale pour arrêter l'actionneur linéaire. Alors que la valeur mesurée est inférieure à la valeur de seuil, le code ne permettra pas l'extension de l'actionneur jusqu'à ce que la valeur de mesure soit supérieure à la valeur de seuil et que l'indicateur soit remis à 0. Le code permettra toujours le linéaire l'actionneur pour se rétracter pendant que le sensorFlag est réglé sur 1 car il est toujours sûr de rétracter l'actionneur.

Les références

[1] Kinney, T. A. (2001, septembre) Comparaison des capteurs de proximité: inductifs, capacitifs, photoélectriques et ultrasoniques Récupéré de: https://www.machinedesign.com/automation-iiot/sensors/article/21831577/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic

Images de capteur de: Digikey.com  

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